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基于ADS1274的可控式高精度数据采集系统 免费猫

发布时间:2020-02-17 12:41:28 阅读: 来源:玻璃棉板厂家

基于ADS1274的可控式高精度数据采集系统

便携式振动测试分析仪凭借其轻巧方便,适用范围广,灵活性高,测量对象多的特点。在旋转振动信号采集领域取得了广泛应用。传统振动侧试仪采用8位或16位单片机作为其控制器,用加速度传感器或其他传感器采集振动物理信号,并通过模拟调理电路和数字调理电路将该信号进行数字式量化,然后利用处理器对数据进行时域和频域分析。但它的总体性能较差,主要表现:MCU功能弱;工作模式简单;灵活性比较差;采样精度低;功耗较高。对此采用TMS320VC5502高性能数字信号处理器(DSP)和ADSl274高精度∑一△结构A/D转换器,构建了一个工作模式可控的高精度数据采集系统。该系统具有高精度多通道同步采样和工作模式动态选择等功能,用户可根据需要合理选择系统的工作模式,使测试需求与系统功耗达到最佳配比。

2、器件选型

2.1 TMS320VC5502简介

TMS320vc5502是一款高性能的DSP。可以提供具有300 MHz双MAC的强大性能,可实现高速、大容量数字信号处理,现已广泛用于嵌入式电信设备、消费类音频、医疗、生物辨识和工业传感器等领域。TMS320VC5502既提供了16/8位加强型主机接口(HPI),可实现双处理器间的数据通讯功能;提供32位外部存储器接口(EMIF),以实现与廉价的SDRAM、SBRAM、异步RAM和Flash存储器的无缝连接,便于外部存储器扩展;具有3个McBSP和6通道DMA,可支持128通道100 Mh/s的内外部数据传输。

2.2 ADS1274简介

ADS1274是一款高精度A/D转换器,具有24位精度.是一种宽动态范围的新型A/D转换器,可实现4通道同步数据采集。ADS1274具有62 kHz的带宽,最高采样频率可达128KS/s。主要特性包括:①采用差动输入方式,所以输入端可直接与传感器或微小的电压信号相连;②采用∑一△结构,具有宽泛的动态范围和24位无差错编码;③采用低噪声增益可编程放大器(PGA),可扩展动态范围,提高分辨率;④内部采用三阶数字滤波器,可滤除电源波纹和其他干扰;⑤采用多种内部自校正技术,用于校正失调电压,校准满刻度误差;⑥提供SPI或FRAME-SYNC接口;⑦提供高速、高分辨率、低功耗和低速4种工作模式可以供用户选择;⑧采用独立供电,+5 V模拟电源,1.8 V数字电源,1.8 3.3 V的I/0电源。ADSl274采用HTOFP一64封装。

3、系统硬件设计

3.1 系统总体设计

该系统需要实现对旋转机械信号进行多通道实时数据采集、预处理以及与上位机之间的数据传输等功能。该系统采用TMS320VC5502作为主控制器件,片上资源丰富,可提供全双工缓冲串口以及多路I/0接口。系统通过缓冲串口与A/D转换器通讯.并通过两路I/O接口实现对A/D转换器工作模式的控制.通过DSP的增强型HPI接口实现采集数据与上位机的数据传输.其传输速度高达100 Mb/s。TMS320VC一5502能高效地实现系统初始化、外围器件和HPI通讯接口的配置,并根据上位机ARM控制器传送来的主机命令,实时采集和处理数据.最后将处理后的数据包传输给上位机显示、存储和高级处理。

3.2 TMS320VC5502与ADSl274的接口电路

ADS1274提供SPI或FRAME—SYNC接口,可方便地实现与处理器的连接。该系统通过TMS320VC5502的多通道缓冲串口(McBSP)与ADS1274数据传输。TMS320VC5502与ADS1274的电路连接如图1所示。

3.3 信号调理模块

ADS1274通过设置可以采用单端输入和差分输入两种模式。差分输入可有效抑制零漂和消除信号共模干扰,因此系统设计通过运放OPA1632后将信号输入配置为差分输入方式,具体信号调理电路如图2所示。

3.4 电源模块

TMS320VC5502需提供+3.3 V(I/O电源)和1.26 V(DSP核电源)两种不同的供电电源,而ADSl274需对10VDD(+3.3V)、AVDD(+5 V)、DVDD(+1.8 V)分别供电,凶此系统设计需要电源模块电路,以保证系统正常工作。这里,选用TI公司的专用电源转换器设计电源电路模块,如图3所示。

3.5 ADS1274工作模式

由于∑一△结构的A/D转换器由于采用过抽样理论,允许牺牲速度换取高精度或牺牲精度获取高采样频率,因此通过对过抽样率的调整来控制采样频率和采样精度,以满足不同信号的采样需求。ADS1274可提供高速、高分辨率、低功耗和低速4种操作模式供用户选择,也可通过配置MODE[1:0]引脚信号实现模式控制。将ADSl274的模式选择引脚MODE[1:0]连接到DSP巾的通用I/0端GPI03和GPI05引脚来选择4种模式。在数据采集系统初始化阶段,通过设置使DSP从GPI-03、GPIO5输出相应的模式选择信号,从而实现模式选择的可控性。同时,通过DSP的定时器给ADS1274输出时钟,从而更精确地控制4个通道的同步采样频率。

3.6 数据通讯接口

AD1274的数据输出接口基于SPI和Frame一Sync两种协议,通过控制FORMAT[2:0]引脚来配置数据输出模式。该系统设计通过DSP的缓冲串口与A/D转换器数据传输。通过将FORMAT[2:0]3个引脚置低,而将数据接口配置为SPI协议的TDM模式。

4、系统软件设计

系统软件设计主要包括TMS320VC5502串口和ADS1274初始化、DSP主程序、驱动程序和应用程序。DSP通过对McBSP复位并配置McBSP寄存器,完成串口初始化。ADS1274的初始化是通过配置控制寄存器而使数据、寄存器地址和配置信息在同一串口传输,ADS1274采用SPI和FRAME-SYNC通信模式,数据由DOUT读出,然后通过McBSP串口将数据传输给DSP进行数据处理。

系统软件函数主要包括mcbsp0_init,start_timerO,inter-rupt_init,CSL_init(),PLL_setFreq等。通过配置GPT和GPI0及系统中断来控制两个I/0端口的输出,以实现对ADS1274工作模式的控制。

5、结语

在开发以ARM_DSP双核架构为基础的便携式数据采集仪中,为解决系统数据采集精度、速度和功耗问题,构建了一种模式可控的高精度数据采集系统。该系统采用高性能DSP作为主控制器,动态控制A/D转换器的工作模式.增强了嵌入式系统的应用灵活性和通用性,使用户可以根据任务灵活选择A/D转换器的工作模式,以使系统工作在最佳的功耗和性能配比下。该系统设计打破了以往A/D转换器固定工作模式的设计理念,为构建嵌入式数据采集系统提供了一个更灵活、通用的解决方案。

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